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    德國HBM稱重傳感器透過碼盤接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號

HBM稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置,。用傳感器應(yīng)先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點(diǎn)對正確選用HBM稱重傳感器至關(guān)重要,，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,，乃至整個衡器的可靠性和安全性。在HBM稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評價方法上,，新舊國標(biāo)有質(zhì)的差異。主要有S型,、懸臂型,、輪輻式、板環(huán)式,、膜盒式,、橋式、柱筒式等幾種樣式,。

舊國標(biāo)將應(yīng)用對象和使用環(huán)境條件不同的“稱重"和“測力"兩種傳感器合二為一來考慮,，對試驗和評價方法未給予區(qū)分。舊國標(biāo)共有21項指標(biāo),，均在常溫下進(jìn)行試驗,；并用非線性、滯后誤差,、重復(fù)性誤差,、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項指標(biāo)中的最大誤差,，來確定HBM稱重傳感器準(zhǔn)確度等級,，分別用0.02、0.03,、0.05表示,。

衡器上使用的一種力傳感器。它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號,。

考慮到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對轉(zhuǎn)換的影響,，HBM稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差,、重復(fù)性誤差,、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等,。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中,，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準(zhǔn)確度,，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的HBM稱重傳感器,。國際法制計量組織(OIML)規(guī)定,，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70%，HBM稱重傳感器的線性誤差,、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ,。這就允許制造廠對構(gòu)成計量總誤差的各個分量進(jìn)行調(diào)整，從而獲得期望的準(zhǔn)確度

HBM稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式,、液壓式,、電磁力式、電容式,、磁極變形式,、振動式、陀螺儀式,、電阻應(yīng)變式等8類,，以電阻應(yīng)變式使用。

光電式

包括光柵式和碼盤式兩種,。

光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號,。光柵有兩塊，一為固定光柵,，另一為裝在表盤軸上的移動光柵,。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿系統(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn)，帶動移動光柵轉(zhuǎn)動,，使莫爾條紋也隨之移動,。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表,，即可計算出移過的莫爾條紋數(shù)量,，測出光柵轉(zhuǎn)動角的大小，從而確定和讀出被測物質(zhì)量,。

碼盤式傳感器的碼盤（符號板）是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃,，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿使表盤軸旋轉(zhuǎn)時,，碼盤也隨之轉(zhuǎn)過一定角度,。光電池將透過碼盤接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理,，最后在顯示器上顯示出代表被測質(zhì)量的數(shù)字,。光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。

液壓式

在受被測物重力P作用時,，液壓油的壓力增大,，增大的程度與P成正比,。測出壓力的增大值，即可確定被測物的質(zhì)量,。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡單而牢固,，測量范圍大，但準(zhǔn)確度一般不超過1/100,。

電容式

它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d的正比例關(guān)系工作,。極板有兩塊，一塊固定不動,，另一塊可移動,。在承重臺加載被測物時，板簧撓曲,，兩極板之間的距離發(fā)生變化,，電路的振蕩頻率也隨之變化。測出頻率的變化即可求出承重臺上被測物的質(zhì)量,。電容式傳感器耗電量少，造價低,，準(zhǔn)確度為1/200～1/500,。

主要優(yōu)點(diǎn)

電阻、電感和電容是電子技術(shù)中的三大類無源元件,，電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器,，它實質(zhì)上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。

電容式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)高阻抗,，小功率,，僅需很低的輸入能量。

(2)可獲得較大的變化量,，從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性,。

(3)動態(tài)響應(yīng)快，工作頻率可達(dá)幾兆赫,，稠b接觸測量,，被測物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可。

(4)結(jié)構(gòu)簡單．適應(yīng)性強(qiáng),，可在高低溫,、強(qiáng)輻射等惡劣的環(huán)境下工作，應(yīng)用較廣,。

隨著電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，電容式傳感器所存在的易受干擾和易受分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服，而且還開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器：因此它在非電量測量和自動檢測中得到廣泛應(yīng)用,，可測量壓力,、位移,、轉(zhuǎn)速、加速度,、A度,、厚度、液位,、濕度,、振動、成分含量等參數(shù),。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景,。

主要缺點(diǎn)

缺點(diǎn)一：輸出阻抗高，負(fù)載能力差

缺點(diǎn)二：輸出特性非線性

缺點(diǎn)三：寄生電容影響大

電磁力式

它利用承重臺上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作,。當(dāng)承重臺上放有被測物時,，杠桿的一端向上傾斜；光電件檢測出傾斜度信號,，經(jīng)放大后流入線圈,，產(chǎn)生電磁力，使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài),。對產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,，即可確定被測物質(zhì)量。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高,，可達(dá)1/2000～1/60000,，但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。

磁極變形式

鐵磁元件在被測物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時,，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化,，使繞在鐵磁元件（磁極）兩側(cè)的次級線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,，進(jìn)而確定被測物的質(zhì)量,。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100,，適用于大噸位稱量工作,，稱量范圍為幾十至幾萬千克。

振動式

彈性元件受力后,，其固有振動頻率與作用力的平方根成正比,。測出固有頻率的變化，即可求出被測物作用在彈性元件上的力,，進(jìn)而求出其質(zhì)量,。振動式傳感器有振弦式和音叉式兩種。

振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺上加有被測物時,，V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下,，且左弦的拉力增大，右弦的拉力減小,。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化,。求出兩根弦的頻率之差，即可求出被測物的質(zhì)量,。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高,，可達(dá)1/1000～1/10000，稱量范圍為100克至幾百千克,，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，加工難度大，造價高,。

音叉式傳感器的彈性元件是音叉,。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩,，并可測出振蕩頻率,。當(dāng)承重臺上加有被測物時，音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,，增加的程度與施加力的平方根成正比,。測出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力,，進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小,，計量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000～1/200000,，稱量范圍為500g～10kg。

陀螺儀式

轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中,，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接，并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動,。外框架經(jīng)萬向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接,，并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時保持水平狀態(tài),。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時,，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動（進(jìn)動）。進(jìn)動角速度ω與外力P/2成正比,，通過檢測頻率的方法測出ω,，即可求出外力大小，進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測物的質(zhì)量。

陀螺儀式傳感器響應(yīng)時間快(5秒),，無滯后現(xiàn)象,，溫度特性好（3ppm）， 振動影響小,， 頻率測量準(zhǔn)確精度高,，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計量準(zhǔn)確度(1/30000～1/60000)。

電阻應(yīng)變式

利用 [2] 電阻應(yīng)變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作,。主要由彈性元件,、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成,。

板環(huán)式

板環(huán)式HBM稱重傳感器的結(jié)構(gòu)具有明確的應(yīng)力流線分布,、輸出靈敏度高、彈性體為一整體,、結(jié)構(gòu)簡單,、受力狀態(tài)穩(wěn)定、易于加工等優(yōu)點(diǎn),。目前在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對這種結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計公式目前還不很完善,。因這種彈性體的應(yīng)變計算比較復(fù)雜,通常在設(shè)計時把它看作為圓環(huán)式彈性體進(jìn)行估算。特別是對1t及以下量程的板環(huán)式傳感器設(shè)計計算誤差更大,同時往往還會出現(xiàn)較大的非線性誤差,。

板環(huán)式HBM稱重傳感器用途與特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊,、防護(hù)性能好。精度高,、長期穩(wěn)定性好,。適用于吊鉤秤、機(jī)電結(jié)合秤及其它力值的測

數(shù)字式

1.定義

數(shù)字HBM稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉(zhuǎn)換裝置,，它主要是指集電阻應(yīng)變式HBM稱重傳感器,、電子放大器（英文簡稱AMC）、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)（英文簡稱ADC）,、微處理器（簡稱MCU）于一體的新型傳感器,。

2.特點(diǎn)和應(yīng)用

數(shù)字HBM稱重傳感器和數(shù)字計量儀表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱重技術(shù)領(lǐng)域的新寵，其以調(diào)試簡便高效,、適應(yīng)現(xiàn)場能力強(qiáng)等優(yōu)勢正在該領(lǐng)域嶄露頭角,。

3.S型定義

S型HBM稱重傳感器如圖1所示是傳感器中最為常見的一種傳感器,主要用于測固體間的拉力和壓力，通用也人們也稱之為拉壓力傳感器,，因為它的外形像S形狀,，所以習(xí)慣上也稱S型HBM稱重傳感器，此傳感器采用合金鋼材質(zhì),，膠密封防護(hù)處理,，安裝容易，使用方便，適用于吊秤,，配料秤,，機(jī)改秤等電子測力稱重系統(tǒng)。

敏感元件

直接感受被測量(質(zhì)量)并輸出與被測量有確定關(guān)系的其他量的元件,。如電阻應(yīng)變式HBM稱重傳感器的彈性體,，是將被測物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫?電容式HBM稱重傳感器的彈性體將被測的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰啤?/p>

變換元件

又稱傳感元件，是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y量的信號,。如電阻應(yīng)變式HBM稱重傳感器的電阻應(yīng)變計(或稱電阻應(yīng)變片),，將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電阻量的變化;電容式HBM稱重傳感器的電容器，將彈性體的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。有時某些元件兼有敏感元件和變換元件兩者的職能,。如電壓式HBM稱重傳感器的壓電材料，在外載荷的作用下,，在發(fā)生變形的同時輸出電量,。

測量元件

將變換元件的輸出變換為電信號，為進(jìn)一步傳輸,、處理,、顯示、記錄或控制提供方便,。如電阻應(yīng)變式HBM稱重傳感器中的電橋電路,，壓電式HBM稱重傳感器的電荷前置放大器。

輔助電源

為傳感器的電信號輸出提供能量,。一般HBM稱重傳感器均需外鏈電源才能工作,。因此，作為一個產(chǎn)品必須標(biāo)明供電的要求,，但不作為HBM稱重傳感器的組成部分,。有些傳感器，如磁電式速度傳感器,，由于他輸出的能量較大,，故不需要輔助電源也能正常工作,。所以并非所有傳感器都要有輔助電源,。